DE2233107A1

DE2233107A1 - Kuehlmittel fuer gasgeneratoren

Info

Publication number: DE2233107A1
Application number: DE19722233107
Authority: DE
Inventors: Jun Russell Reed; Graham Campbell Shaw
Original assignee: Thiokol Corp
Current assignee: ATK Launch Systems LLC
Priority date: 1972-07-06
Filing date: 1972-07-06
Publication date: 1974-01-24
Also published as: DE2233107B2; DE2233107C3

Description

Kühlmittel £ür Gasgeneratoren Die Erfindung betrifft allgemein gesagt Mittel zum Kühlen heißer Gase. Speziell befaßt sie sich mit solchen Mitteln, worin sich Verbindungen endotherm bei erhöhten Temperaturen zersetzen und worin die Zersetzungsprodukte weder entflammbar noch giftig sind.
Bestimmte Notausrüstungen, wie Rettungsf5ße, enthalten aufblasbare Strukturen, die schnell und automatisch gefüllt werden müssen4 Von besonderem Interesse bei der vorliegenden Erfindung sind aufblasbare Kissen, die in Passagierfahrzeugen installiert werden können, um zum Schutz menschlicher Insassen im Falle einer Kollision des Fahrzeuges mit einem anderen Gegenstand schnell aufgeblasen zu werden. Obwohl die zufriedenstellendste Methode zum Aufblasen solcher Strukturen die unter Verwendung von Gasgeneratoren ist, müssen die dabei gebildeten Gase gewöhnlich gekühlt werden, um ein Verbrennen der aufblasbaren Struktur oder der menschlichen Insassen des Fahrzeuges zu verhindern. Andere Betrachtungen sind die, daß die Kühlmittelmaterialien keine Gase zu jenen des Gasgenerators hinzufügen ddrfen, die entflammbar oder giftig sind.
Die vorliegende Erfindung, die diesen Bedarf befriedigt, besteht im wesentlichen aus der Verwendung bestimmter fester Verbindungen, sich endotherm zersetzen, um Warme aus den Gasgeneratorgasen zu absorbieren und deren Volumen durch kohle, nicht giftige und nicht entflammbare Gase zu erhöhen. Ein hoher Sauerstoffgehalt ist für die Kühimittelmaterialien erwünscht, und außerdem ist eine Teilchengröße wichtig, aufgrund derer die Kühlmaterialien sorg£§ltig den heißen Gasen aus einem Gasgenerator ausgesetzt werden. Diese Materialien werden vorzugsweise aus den anorganischen Bicarbonaten ausgewhlt, und sie sind dadurch gekennzeichnet, daß sie bei erhöhten Temperaturen leicht unter Bildung großer Mengen nicht giftiger Kühlgase zersetzt werden.
Ziel der Erfindung ist es, feste Kühlmaterialien in Teilchenform zu liefern, die bei gewöhnlichen Umgebungstemperaturen stabil sind, die aber bei erhöhten Temperaturen, die' von einem Gasgenerator entwickelt werden, sich leicht zersetzen und dabei nicht-giftige Kühlgase produzieren, die sich mit den Gasen des Gasgenerators vermischen.
Die Kühlmaterialien nach der vorliegenden Erfindung werden in der Weise verwendet, daß man sie in Teilchenform in der Art eines Einschlusses hält, die einen freien Fluss von Gasen aus einem Gasgenerator durch sie hindurch gestattet und so gewAhrleistet, daß das Kühlmittel sorgfältig der Wärme-ausgesetzt wird. Einige der Kühlmaterialien reagieren endotherm und produzieren dabei weitere Kühlwirkung auf die Gase aus dem Gasgenerator.
Die bevorzugte feinteilige Teilchengröße des Kiihlmaterials, die gewährleistet, daß dieses in geeigneter IJeise den Gasgeneratorgasen ausgesetzt wird, liegt bei etwa 20 bis 200 Mikron im Durchmesser. Bevorzugte Kühlmaterialien werden aus den Metallbicarbonaten und hydratisierten Salzen ausgewählt, die nicht-giftige und nicht-entflammbare Gase beim Zersetzen produzieren, wenn sie erhöhten Temperaturen ausgesetzt werden.
Eine typische Temperatur von Gasen, die aus einem Gasgenera tor kommen, liegt in der Größenordnung von 1.2600C (2.3000F).
Bevorzugte Kühlmittelzusammensetzungen sind Natriumbicarbonat, Kaliumbicarbonat, Aluminiumchloridhexahydrat, hydratisiertes Aluminiumsulfat (Alaun) und Kaliumaluminiumsulfat.
Wenn Natriumbicarbonat dieser Temperatur ausgesetzt wird, produziert es Natriuncarbonat, Kohlendioxid und Wasser nach der folgenden Reaktionsgleichung:

Hitze

2Na HC03 « ENa2C03 + H20 +

CO,. Kaliumbicarbonat ergibt Kaliumcarbonat, Kohlendioxid und Wasser:

Hitze

2 KHCO .K2C03 + H20 + CO24

ShnlicR7geben die genannten hydratisierten Salze feste Materialien und Was 5erdampf:

Hitze

AlCl3 . 6H20 ; AlCl3 + 6H20; Al2(504)3 18H20

Hitze Hitze

Al2(SO4)3+ 18 H20 und A1K (S04 . 12H20 ---t A1AlK

(S04)2 + 12E20.
Bestimmte andere Materialien, wie Oxalsäure und Hydroxylammoniumoxalat, können ebenfalls verwendet werden, wenn die Gase aus dem Gasgenerator ausreichend Sauerstoff enthalten, um die Zersetzungsprodukte des Kühlmittels sorgfältig zu oxidieren, so daß keine giftigen oder entflammbaren Gase dabei gebildet werden. Sonst können zu beanstandende Mengen an Kohlenmonoxid oder Wasserstoff resultieren. Kupfer-II-oxalat wurde verwendet, um CO2 in der Kühlmittelkammer zu produzieren.
Beispiel 1 Ein fester Brennstoff (80 Gramm) in der Form dünner Streifen, der durch Vermischen und Härten der folgenden Zusammensetzung hergestellt worden war, wurde in einem Druckkessel mit einer öffnung bei 272 Atmosphären (4.000 psi) verbrannt.
Polyester von Succinsäure und Triäthylenglykol mit Carboxylendgruppen 14,32% Bisphenol-A-diglycidyläther 3, 58% Eisenlinoleat 0,10% granalienförmiges Kaliumperchlorat (Durchmesser 1 bis 100 Mikron) 81,84% Aluminiumoxid (pulverisert) 0,16% Die resultierenden Gase mit einer Temperatur von etwa 12990C (2.3700F) wurden dann durch einen porösen Behälter geführt, der mit Natriumbicarbonat (175 g) mit einer Teilchengröße im Bereich von 20 bis 200 Mikron im Durchmesser gefüllt war.
Das aus dem porösen Behälter austretende Gas besaß eine Temperatur von 129 bis 188po (265 bis 3700F) Beispiel 2 Der in Beispiel 1 genannte feste Brennstoff (110 g) wurde verbrannt, und in dem gleichen Druckkessel von 177 Atmosphären (2.600 psi) resultierende Gase wurden durch einen porösen Behälter geführt, der mit Kaliumbicarbonat (490 g) mit einer mittleren Teilchengröße von 60 Mikron im Durchmesser gefüllt war. Die aus dem porösen Behälter austretenden Gase besaßen eine Temperatur von etwa 171 bis 2380C (340 bis 4600F).
Beispiel 3 Der in Beispiel 1 genannte Brennstoff (30 g) wurde in dem gleichen Druckkessel verbrannt, und die resultierenden Gase wurden durch-einen porösen Behälter geführt, der mit Albminiumchloridhexahydrat (197 g) mit einem mittleren Teilchendurchmesser von 120 Mikron gefflllt war. Das aus dem porösen Behälter austretende Gas besaß eine Temperatur von 171 bis 2380C (340 bis 4600F).
Beispiel 4 55 g des Brennstoffes des Beispiels 1 wurden verbrannt, und die resultierenden Gase wurden durch einen porösen Behälter geführt, der mit 100 g Natriumbicarbonat gefüllt war, wobei das Gemisch eine Teilchengröße im Bereich von 2 bis 200 Mikron im Durchmesser besaß. Die Temperatur der resultierendenGase lag im Bereich von 118 bis 1930C (245 bis 3800F).
Beispiel 5; 30 g des Brennstoffes des Beispiels-l wurden verbrannt, und die resultierenden Gase wurden durch einen porösen Behälter geführt, der mit 340 g Kupfer oxalat mit einem Teilchendurchmesser im Bereich von 2 bis 200 Mikron gefüllt war.
Die aus dem Behälter austretenden Gase besaßen eine Temperatur im Bereich von 77 bis 171 0C (170 bis 3400F).
Obwohl die gekühlten Gase in den obigen Beispielen noch heiß genug sind, um als solche beim Austreten aus dem Kühlmittele behälter Menschen Verbrennungrbeizubringen, werden sie durch Expansion in eine aufblasbare Struktur weiter abgekühlt, was die Gase ausreichend kühlt, um sie sicher verwenden zu können.
Die Herstellung der obigen Verbindungen ist bekannt und nicht Teil der vorliegenden Erfindung

Claims

Patentansprüche 1. Kühlmittel für Gasgeneratoren,dldurch gekennzeichnet, daß es aus feinteiligen festen Materialien besteht, die sich bei etwa 12600C (2.3300F) unter Bildung von Kohlendioxid und Wasserdampf zersetzen und aus'der Gruppe der Metallbicarbonate, hydratisierten Salze und Oxalatsalze ausgewählt sind.
2. Kühlmantel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es Natriumbicarbonat und/oder Kaliumbicarbonat mit einer Teilchengröße im Bereich von 2 bis 200 Mikron im Durchmesser umfaßt.
3. Kühlmittel nach -Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es Aluminiumchloridhexahydrat, hydratisiertes Aluminiumsulfat (Alaun) und/oder Kaliumaluminiumsulfat (Kaliumalaunl mit einer Teilchengröße im Bereich von 2 bis- 200 Mikron im Durchmesser umfaßt.